1.多电平逆变器

从时间线上来看，富士电机早在2013年便申请了Si/SiC混合功率器件方案，并同时在中国、美国、日本、欧洲、泰国布局了同族专利。

其中中国同族专利为CN105379098B，专利名称为“三电平逆变器”，目前处于授权有效状态。专利中代表附图如下所示，其中开关4和5采用SiC-MOSFET，二极管10、11使用SiC-SBD，开关12和13则采用Si-IGBT。该方案主要用在交流输出电压Vo的峰值接近直流电压、输出功率因数高的条件下，使得即使将开关12和13采用Si-IGBT也并不会对整体系统的损耗有太大影响，与全部采用SiC开关方案的效率大致相同。

2015年11月24日，ABB公司在其申请的欧洲专利EP3174190A1中，则给出了在另外几种三电平变换器拓扑中采用Si/SiC混合功率器件的方案，虽然并未获得授权。

其中具有代表的两个电路图如下所示，该专利方案中将靠近直流侧的开关作为低频开关，采用硅基开关，而靠近交流侧的开关作为高频开关，采用碳化硅或氮化镓开关。在控制方法上，低频开关主要根据输出波形的基频进行切换，而高频开关则根据调制频率来切换，后续几件专利的控制方法也基本类似。

同年12月29日，通用电气也提出了与ABB类似的方案。

并同时在中国、美国、欧洲、日本、加拿大、印度、巴西多个国家都申请了同族专利，其中中国同族专利为CN106936327B，专利名称为“混合转换器系统”，目前处于授权有效状态。

该专利除了提到与上面图2类似的电路之外，还给出了下面两种代表电路，其中图4中的三电平转换器电路选择将靠近直流侧的开关采用SiC-MOSFET，而靠近交流侧的开关采用Si-IGBT，而图5中的五电平转换器电路则正好相反。这两个电路也正是这件中国专利授权后两个独立权利要求所保护的方案。

此后，通用电气又在2016年6月24日申请了美国专利US9979322B2，在之前混合转换器电路的基础上提出了改进的调制器方案并获得授权。

在2017年7月10日，提出了三电平两级解耦有源NPC转换器方案，并同时在中国、美国和欧洲申请了同族专利，其中中国专利为CN110870191B，目前也获得了授权。该专利族进一步针对上述电路中在电流换向时存在的谐振电流问题，在电路中增加了缓冲电容，并对开关的控制方法进行了改进，提出了单脉冲阻尼以及栅极关断有源阻尼两种控制方法。

另外，罗姆股份有限公司在2016年8月30日申请的欧洲专利EP3291435A1“具有碳化硅MOS-FET输出开关的有源中性点钳位转换器”，也给出了与ABB和通用电气类似的采用Si/SiC混合功率器件的三电平逆变器方案，该专利目前仍处于审查中。

2018年5月22日，艾伯塔大学董事会申请了“具有基于逻辑的飞跨电容器电压平衡的内部并联有源中性点钳位转换器”的专利US10924031B2，并获得授权。

该专利主要用于大功率容量下，其代表附图如下所示，其电路中包括低开关频率(LSF)部分和多个并联的高开关频率(HSF)模块，同样地，低频开关采用Si-IGBT，高频开关采用宽禁带WBG器件。其中HSF模块的并联可以降低 WBG器件的电流应力和总开关损耗，反过来WBG的高开关能力又减小了飞跨电容器和均流电感器的尺寸。而LSF模块由于采用Si-IGBT，一方面由于其额定电流远高于WBG器件，仅采用单个LSF模块即可，另一方面也能降低成本。

2.多级变换器

Si/SiC混合功率器件在多级变换器这一方向的应用中，具有代表的是由三菱电机在2016年9月21日申请的专利。

其包括中国、美国、日本的同族专利，中国同族专利为CN109716638B，目前处于授权有效状态。

其代表电路附图如下所示，左侧升压转换器的半导体开关元件4-7由SiC半导体构成，右侧逆变器的半导体开关元件10-15由Si半导体构成。通过升压转换器的半导体开关元件4～7使用SiC-MOSFET来实现高频化且采用两相以上的多相构造，由此能够抑制芯体损耗、纹波电流，并实现磁耦合电抗器3和输入用电容器2、滤波用电容器8的小型化。

而另一方面，由于逆变器对于因高频化而实现的功率转换装置小型化的贡献并不大，因此对逆变器使用Si元件。通过上述方案该专利可以提供一种抑制成本并实现小型且低价的功率转换装置。

图7

另一件代表专利是通用电气在2021年6月25日申请了关于“多开关类型混合PEBB功率转换器”的专利族，包括中国、美国、日本、韩国和澳大利亚的多国同族，中国同族专利号为CN115603574A，目前处于审查状态。其代表附图如下所示，该专利方案在电路左侧的低电压部分采用SiC-MOSFET，在右侧的高电压部分采用Si-IGBT。

3.其他逆变器

在三相逆变器的方向下，福特全球技术公司在2018年2月26日和2018年6月4日分别申请了名为“交错式可变电压转换器”的两项专利族，其均包括中国、美国、德国的同族专利，中国同族专利为CN110198139A和CN110557019A，目前均处于审查状态。

专利代表附图如下所示，其中开关S1 510A和S2 510B是SiC-MOSFET，开关频率更高，而开关S3 508A至S6 508D是Si-IGBT，开关频率相对较低。该方案利用SiC-MOSFET的高开关频率能力来减小诸如电感器和电容器等无源部件大小，并且SiC-MOSFET的低损耗有助于实现高效率。

图8

另外，现代自动车株式会社和起亚株式会社在2020年9月4日和2020年12月21日共同申请了关于“电动机驱动装置”的两项专利族，均包括中国、美国、韩国、德国的同族专利，中国同族专利为CN114142787A和CN114649992A，目前处于审查状态。

专利的电路附图如下所示，其中采用了双逆变器的拓扑结构，根据专利中所提出的控制方式，其中第一逆变器在低输出和高输出时均需要工作，因此采用SiC-MOSFET，而第二逆变器只在需要高输出时才会选择性地操作，因此第二逆变器可采用Si基开关元件。

以上专利便是目前国外申请人关于Si/SiC混合功率器件在功率变换器应用下的主要专利介绍，可以看到，这些专利技术主要都是在需要高速开关频率以及缩小电容电感尺寸的电路部分使用SiC-MOSFET，而在其他电路部分仍采用传统Si-IGBT，同时仍能确保系统的整体效率。

当然，从技术发展的角度来看，这类方案属于当前的过渡型方案，而特斯拉具体会采用到哪种方式来实现减少75%的碳化硅用量还得有待其在未来揭晓。